Confronto tra lettiera tradizionale e lettiera alternativa: Ecologia microbica e mastiti in vacche da latte
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L’ ATTIVITÀ DI RICERCA CORRENTE PRESSO L’IZS LAZIO E TOSCANA:
principali risultati e loro trasferibilità operativa
Roma, 19 giugno 2020
Confronto tra
lettiera tradizionale
e lettiera alternativa:
Ecologia microbica e
mastiti
in vacche da latte
Foto - Daniele Sagrafoli
Simonetta Amatiste UOS Igiene della Produzione del latte
Responsabile U.O.1 Giuseppina Giacinti
Responsabile U.O.2 Fabrizio Gamberale LT 01/15
Introduzione
Il sistema di stabulazione su lettiera
compost già affermato in Israele e negli
Stati Uniti sta conoscendo una rapida
diffusione anche in Europa con un
particolare interesse da parte
dell’Olanda. A partire dal 2006 la
stabulazione su lettiera compost si è
diffusa anche in Italia soprattutto nelle
Foto – Ruminantia.it
regioni del nord. Foto – Ruminantia.it
Nella stabulazione su lettiera compost Lo strato di lettiera così costituito viene
l’intera superficie di riposo, priva di lavorato con erpice per inumare le
cuccette e suddivisioni interne, è deiezioni fresche allo scopo di favorire
costituita da deiezioni animali e da una una costante aerazione del substrato, il
quota di materiale organico variabile in conseguente instaurarsi di processi di
composizione e quantità a seconda degradazione aerobici e l’incremento
delle caratteristiche climatiche del dell’evaporazione dell’acqua; tale
luogo di applicazione e delle modalità pratica serve a garantire una superficie
di gestione. asciutta e confortevole per le bovine.
Foto – IZSLT
Gli studi condotti su diverse tipologie di substrato utilizzato per la lettiera compost indicano un miglioramento dei parametri
relativi alla fertilità e alla longevità e una riduzione della patologie podali, mentre, per quanto attiene le patologie mammarie, si
osservano risultati non sempre concordanti. Occorre sottolineare che indipendentemente dal substrato utilizzato l’aspetto chiave
per la corretta gestione di questo tipo di lettiera è la costante aerazione del substrato.
Introduzione Negli ultimi anni in Italia si è assistito ad un rapido aumento di impianti di biogas per la produzione di energia da biomasse agricole e/o zootecniche portando gli allevamenti, soprattutto da latte, ad avere grandi quantità di un materiale solido definito digestato. L’interesse per l’impiego di questo tipo di substrato nella stabulazione su lettiera compost barn sta costantemente aumentando soprattutto per una significativa riduzione dei costi di gestione. Mancano tuttavia studi finalizzati a valutare gli effetti che ha l’applicazione del digestato nella lettiera compost sulle performance produttive degli animali e soprattutto sono carenti studi sulle caratteristiche qualitative e quantitative della flora microbica presente compresa l’eventuale presenza/persistenza di microrganismi causa di mastite e di Mycobacterium paratuberculosis (MAP).
OBIETTIVI Censire a livello regionale le aziende con impianti a biogas che utilizzano il digestato come materiale di partenza e aggiunta per lettiere a compost. Implementare le informazioni riguardo l’applicazione in Italia, con particolare riferimento alla regione Lazio, del sistema di stabulazione su lettiera a compost, che prevede come materiale il digestato proveniente da impianti a biogas. Valutazione delle performances produttive, del benessere e dello stato sanitario della mammella delle bovine allevate su lettiere a compost barn e confronto con bovine allevate su lettiere di tipo tradizionale Studio della microflora del digestato prodotto dagli impianti a biogas con particolare riferimento agli agenti patogeni della mammella e alla presenza/persistenza di Mycobacterium paratuberculosis.
Materiali e metodi
Censimento
Nel Lazio censiti 20 impianti Biogas realizzati in aziende agro-zootecniche e/o agro-alimentari.
Il numero di allevamenti da latte con annesso biogas sono risultati 7 di cui 5 autorizzati secondo
il Reg. CE 1069/2009 e dalle linee guida della Conferenza unificata del 7 febbraio 2013; 2 sono
risultati esclusi dal Reg. CE 1069/2009 secondo quanto stabilito dalle linee guida sopracitate.
Soltanto un allevamento impiega il digestato come substrato per la lettiera.
Aziende Selezionate
ID Specie Digestato Utilizzo
Prov. n. capi Biogas Materiale utilizzato Riconoscimento/registrazione
Allev. allevata palabile digestato
cogenerazione da biogas per Ammendante
A RM Bovini 3500 liquami, colture dedicate Esclusi dal Reg.CE 1069/2009 si
energia elettrica (625 kw) /lettiera
cogenerazione da biogas per
Autorizzazione ai sensi del
B RM Bovini 500 energia elettrica e termica liquami, insilati, melasso, pollina si Ammendante
Reg.CE 1069/2009
(250kw)
cogenerazione da biogas per liquami, colture dedicate, scarti
Autorizzazione ai sensi del Ammendante
C VT Bovini 600 energia elettrica e termica (500 agroalimentari, agroindustriali, si
Reg.CE 1069/2009 /lettiera
kw) pollina
cogenerazione da biogas per
liquami, colture dedicate, scarti Autorizzazione ai sensi del
D VT Bovini 400 energia elettrica e termica (500 si Ammendante
agroalimentari, agroindustriali Reg.CE 1069/2009
kw)
cogenerazione da biogas per
fertirrigazion
E LT Bufalini 1000 energia elettrica e termica sottoprodotti aziendali Esclusi dal Reg.CE 1069/2009 no
e
(250kw)
Materiali e metodi
Analisi digestato per ricerca agenti causa di mastite: esame microbiologico colturale su 14 campioni.
Sanità della mammella – confronto tipologie di stabulazione
Per lo studio delle due tipologie di stabulazione sono state monitorate per un periodo di 12 mesi 240 bovine in
lattazione (120 bovine su lettiera tradizionale vs 120 bovine su lettiera compost barn) appartenenti alla stessa Azienda.
Sanità della mammella:
Ricerca di agenti mastidogeni (analisi eseguite su campioni di latte di bovine
con sintomi di mastite) mediante esame batteriologico colturale (Rif.
Laboratory handbook on bovine mastitis NMC 1999; Manual of diagnostic
tests and vaccines for terrestrial animals, 5th edition, 2004 OIE)
Enumerazione delle Cellule somatiche (analisi eseguite su campioni di latte di bovine con sintomi di mastite e non) con metodo
fluoro-opto-elettronico (Fossomatic TM FC/200 Foss). Confronto SCC controlli funzionali nei 12 mesi considerati.
Analisi per la ricerca di MAP dal digestato e dalla lettiera:
Esame microbiologico
(GOLD STANDARD)
Ricerca biomolecolare di MAP REAL-TIME PCR
Risultati Analisi digestato per ricerca agenti causa di mastite In nessun dei 14 campioni di digestato prelevato nelle 5 aziende studiate è stata riscontrata la presenza di SCP e Prototheca spp, nonostante le aziende A, C, D presentassero una problematica di Staphylococcus aureus e la sola Az. A anche di Prototheca. Il gruppo degli SCN, presenti in tutte le aziende, sono stati isolati in 13 campioni su 14 (92,8%), con un contenuto medio di 5.16 log10 ufc/g. Il genere Streptococcus presente in tutte le aziende è stato riscontrato in 9 campioni su 14 (64,3%) con un contenuto medio di 5.99 log10 ufc/g. Le principali specie isolate sono state Enterococcus faecium, Aerococcus viridans, Aerococcus urinae, Enterococcus faecalis e Streptococcus uberis. La presenza di Enterobacteriaceae è stata riscontrata in tre campioni su 14 (21,4%), tutti appartenenti all’azienda A con un contenuto medio di 5.28 log10 ufc/g, mentre la presenza di E. coli è stata riscontrata in 1 solo campione dei 3 positivi per Enterobacteriacee. La presenza di lieviti e muffe è risultata su tutti i campioni di digestato esaminati, facendo registrare un contenuto medio di 4.65 log10 ufc/g. Ad eccezione delle Enterobacteriaceae la concentrazione di microrganismi è stata maggiore nel periodo invernale in confronto al periodo estivo.
Risultati 2
Sanità della mammella – confronto tipologie di stabulazione
Occorre sottolineare che l’azienda selezionata presentava un ottimo livello di gestione degli animali sia da un punto di vista
sanitario che di benessere animale. I parametri considerati sia in termini di cellule somatiche che di eventi di mastite clinica nei
due gruppi mostrano valori confrontabili. Anche i punteggi relativi all’hygiene score sono risultati simili nei due gruppi.
Le specie batteriche isolate da tutti i casi di mastite clinica sono risultate comparabili tra i due gruppi. Complessivamente gli
agenti mastidogeni isolati con maggior frequenza sono stati E. coli (45.4%) e S. dysgalactiae (24,2%). Anche il contenuto delle
cellule somatiche studiato nel corso del tempo ha mostrato un andamento analogo tra i due gruppi ma è risultato
tendenzialmente più basso nel gruppo compost-barn rispetto a quello tradizionale.
Nell’ultimo periodo di studio (agosto-settembre-
ottobre) sono stati osservati valori più elevati di
cellule somatiche e un lieve incremento dei casi di
mastite, equamente nei due gruppi: osservazioni
probabilmente da ricondurre al clima caldo umido
che ha caratterizzato questa fase stagionale,
influenzando in modo analogo i due gruppi studiati.
Andamento medio del SCC tra i due gruppi di studio estrapolati dai CCFF (ogni 40 gg)
Risultati 3
Analisi per la ricerca di MAP dal digestato e dalla lettiera
Table : BOX Lactating and calf animals
Le prove condotte per la ricerca di MAP nelle 5 Aziende selezionate
Ziehl- Animal
hanno dato esito negativo (MAP assente) in 4 aziende sia per i BOX Cultural Neelsen PCR Real Time Serological
isolation TB QUICK (average CT) screening ELISA
STAIN test
campioni di digestato sia per i campioni di lettiera tradizionale o
Pool 1 (3-5 months) negative - positive (32,32) negative
compost barn.
Pool 2 (3-5 months) negative - negative negative
L’azienda A è invece risultata positiva dalle analisi del digestato quindi
Pool 3 (3-5 months) negative - positive (33,9) negative
lo studio è proseguito sui box e sui gruppi di animali:
Pool 4(3-5 months) positive positive positive (34,10) negative
dall’analisi del digestato si è registrata una sola positività all’esame (< 10 CFU)
colturale della aliquota 5 bis del campione n. 5 Dall’analisi molecolare Pool 5 (3-5 months) negative - positive (31,97) negative
negative - positive (33,72) negative
è stata osservata la presenza di MAP in 7 distinti pool, di cui 5 Pool 6 (3-5 months)
Pool 7 (3-5 months) negative - negative negative
provenienti dalle aree di stabulazione delle vitelle di età 3-5 mesi e 2
Pool 8 (3-5 months) negative - negative negative
dalle aree di stabulazione delle vacche in lattazione; i pool provenienti
Pool 9 (6-9 months) negative - negative negative
dai box di stabulazione delle vitelle di età 6-9 mesi sono risultati
Pool 10 (6-9 months) negative - negative negative
negativi. In 2 dei 7 pool è stata confermata la presenza di MAP sia
Pool 11 (lactating positive
dall’esame colturale confermato con esame microscopico, sia dalla animal) (< 50 CFU) positive positive (30,67) negative
ricerca biomolecolare. Un pool è risultato positivo al colturale e al Pool 12 (lactating positive positive negative negative
animal) (< 50 CFU)
microscopico, mentre in 5 pool la positività è risultata solo dal
Pool 13 (lactating negative - positive (34,58) negative
animal)
biomolecolare. Tutti gli animali testati sierologicamente con test ELISA
Pool 14 (lactating -
per MAP sono risultati negativi, confermando la bassa prevalenza di animal) negative negative negative
questa patologia nell’allevamento. (Tabella)
Impatto e trasferibilità operativa Modalità divulgazione risultati I risultati saranno divulgati mediante presentazioni in sede di convegni indirizzati al settore veterinario, nonché a tutte le figure professionali chiamate a fornire supporto alle aziende zootecniche. Risultati parziali sono già stati presentati in sede di Convegni Internazionali. La diffusione sarà permessa anche grazie alla pubblicazione degli atti relativi agli eventi formativi anzidetti e a successive pubblicazioni su riviste scientifiche del settore. Le risultanze pertinenti l’organizzazione e la gestione aziendale saranno illustrate agli allevatori mediante appositi incontri. Prevista la stesura di linee guida per la gestione di lettiera a compost destinate agli allevatori e ai professionisti del settore.
Impatto e trasferibilità operativa Raccomandazioni Negli impianti di biogas alimentati con effluenti agro-zootecnici il processo di digestione è di tipo anaerobico e la temperatura di fermentazione oscilla tra i 35°C se si opera con batteri mesofili e i 55° C se si utilizzano batteri termofili. Tuttavia queste temperature sembra non siano sufficienti a distruggere MAP e/o patogeni responsabile di mastite, quindi non si potrebbe escludere la necessità di un trattamento di igienizzazione del digestato, al fine di ridurre eventuali rischi sanitari agli animali e/o all’uomo. E’ necessario quindi considerare questo aspetto nell’analisi del rischio quando si affronta l’eventuale piano di risanamento da Paratubercolosi. L’utilizzo del digestato come substrato di lettiera nella nostra regione, come nel resto d’Italia, è poco utilizzato soprattutto per le scarse conoscenze d’impiego e di sicurezza, per esempio all’interno dell’impianto per la produzione di biogas possono essere inseriti sottoprodotti provenienti da allevamenti di altre specie animali quali la “pollina” da allevamenti avicoli. L’utilizzo di questi sottoprodotti può comportare l’introduzione di altri rischi microbiologici come Salmonella spp per gli allevatori che dovessero utilizzare il “separato” per la lettiera; l’impiego di pollina è stato riscontrato in un allevamento del presente studio. L’utilizzo del digestato come substrato di lettiera, che potrebbe ridurre in modo significativo i costi di gestione della lettiera e migliorare la redditività aziendale, quindi deve essere realizzato con la consapevolezza dei potenziali rischi sanitari.
Conclusioni 1 •Dallo studio eseguito nei 14 campioni di digestato, complessivamente è stata osservata una variabilità nel contenuto delle specie batteriche studiate tra le diverse Aziende arruolate anche in considerazione dei periodi stagionali. Sebbene siano scarsi in letteratura dati sulla qualità microbiologica di questa tipologia di compost- barn, i risultati ottenuti in questo studio preliminare sottolineano una qualità igienica idonea all’impiego del digestato come lettiera. •I risultati ottenuti in questo studio evidenziano che l’utilizzo del digestato nella preparazione di lettiere secondo la tecnica compost-barn non ha influenzato negativamente lo stato sanitario della mammella rispetto alla stabulazione tradizionale, risultando un valido sostituto alla lettiera convenzionale, anche per il bilancio positivo relativamente ai costi aziendali diretti e indiretti. Una interessante ricerca olandese (Galama et al., 2011) ha calcolato che il costo per singola vacca di un compost barn si riduce del 14% rispetto a una stalla a cuccette. Tuttavia, altri autori hanno osservato che il costo e la disponibilità della lettiera potrebbe limitare l'uso del compost-barn (Barberg et al., 2007a; Shane et al., 2010). • Nel nostro studio, il SCC è risultato tendenzialmente più basso nel gruppo compost-barn rispetto a quello tradizionale, in accordo a quanto osservato da alcuni autori ((Barberg et al., 2007b; Black et al., 2014, Zhao et al., 2012). Valori più elevati sono stati osservati nell’ultimo periodo di studio (agosto-settembre-ottobre - controlli 7°;8°;9°), con un leggero incremento dei casi di mastite, registrati equamente nei due gruppi. Riteniamo che questi incrementi siano probabilmente da ricondurre ad un clima caldo umido, che ha caratterizzato questa fase stagionale, e che ha influenzato in modo analogo le due tipologie di stabulazione.
Conclusioni 2 • È interessante notare che nel periodo estivo, pur avendo isolato dal separato un maggior contenuto di Enterobacteriacee ed E. coli, non è stato registrato un aumento di mastiti cliniche causate da enterobatteri nel gruppo A1. Probabilmente, il rivoltamento attuato mediante trattore con specifico attrezzo (erpice), favorisce l’areazione del materiale, consentendo così di ottenere una superficie di riposo più asciutta, e crea un processo aerobico che genera calore e temperature di circa 55÷65°C, con effetto di riduzione della carica microbica contaminante. Nello studio di Barberg (2007b), dove veniva utilizzato un altro substrato organico, osservarono una riduzione significativa nella prevalenza di mastiti in soggetti trasferiti su lettiera a compost-barn rispetto ai casi riscontrati nella precedente stabulazione. Diversamente, Petzen (2009) ha monitorato, dopo lo spostamento di bovine su lettiera a compost-barn, le cellule somatiche individuali per intero anno, non osservando alcuna differenza tra le due tipologie di stabulazione. • Per quanto riguarda l’igiene, è importante sottolineare che nel compost barn il livello di pulizia degli animali è buono soltanto con una ottimale gestione della lettiera (Shane et al., 2010). In particolare, nel nostro studio il punteggio dell’igiene degli animali, è risultato complessivamente molto buono e lievemente migliore nel gruppo A1, questo in accordo con altri autori (Lobeck et al 2011; Fulwider et al., 2007) i quali hanno osservato un significativo miglioramento dopo il passaggio degli animali da stabulazioni tradizionali a quelle con compost-barn. Complessivamente molti studi confermano inoltre che la tecnica compost-barn ha un impatto positivo sul benessere delle vacche da latte (Barberg et al., 2007b; Fulwider et al., 2007; Lobeck et al., 2011).
Conclusioni 3 Questo studio è stato realizzato in una azienda che è l’unica nella nostra regione ad utilizzare la stabulazione compost barn. I risultati ottenuti confermano quanto riportato da altri autori da diverse parti del mondo, sottolineando che la compost-barn potrebbe rappresentare una soluzione efficace, se correttamente gestita, per l’allevamento del bovino da latte anche nella regione Lazio. I vantaggi sono molteplici, in primis un maggior benessere degli animali, un miglioramento della sanità della mammella, e conseguentemente un miglioramento della qualità del latte. Tuttavia alcuni fattori come la densità degli animali, maggiori superfici unitarie rispetto a stalle tradizionali, elevati fabbisogni di manodopera per le operazioni di gestione della lettiera, tipo e quantità di materiali da lettiera utilizzati, spesso presenti nella nostra realtà zootecnica, possono rappresentare una criticità e/o una limitazione alla sua applicazione, Per quanto riguarda la ricerca di MAP si sottolinea la difficoltà di rilevarne la presenza dalle matrici oggetto dello studio e quindi di integrare la ricerca utilizzando metodi colturali e biomolecolari. Occorre sottolineare che negli impianti di biogas alimentati con effluenti agro-zootecnici il processo di digestione è di tipo anaerobico e la temperatura di fermentazione oscilla tra i 35°C, se si opera con batteri mesofili, e i 55° C se si utilizzano batteri termofili. Tuttavia queste temperature sembra non siano sufficienti a distruggere MAP e/o patogeni responsabile di mastite, quindi non si potrebbe escludere la necessità di un trattamento di igienizzazione del digestato, al fine di ridurre eventuali rischi sanitari per gli animali e per l’uomo.
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